початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2075640

СПОСІБ УПРАВЛІННЯ вітроенергетичної установки

Ім'я винахідника: Забігаєв О.І .; Горбунов Ю.М .; Клещенко В.Г .; Новак Ю.І .; Демкин В.В.
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю Фірма "Общемаш- Інжиніринг"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1995.04.20

Використання: винахід відноситься до вітроенергетики, конкретно до вітроенергетичним установкам (ВЕУ), який виробляє електроенергію з використанням синхронних генераторів, що працюють на мережу. Суть винаходу: спосіб управління вітроенергетичної установкою включає вироблення електроенергії установкою при роботі генератора на мережу, аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, і зупинку вітроколеса. У режимі роботи генератора на мережу при несправності системи повороту лопатей до обертовим елементам установки прикладають гальмівний момент, за величиною відповідний номінального моменту в трансмісії, потім виводять генератор з мережі і створюють додаткове гальмування, переводячи генератор в режим додаткового гістерезисного гальма, задаючи при Гістерезисні гальмуванні момент за величиною, що не перевищує номінального моменту в трансмісії, а час t додатки додаткового гальмівного моменту з одного боку вибирають із співвідношення t і (2 ... 5) T, де T - період нижчої частоти коливань лопаті вітроколеса, а з іншого - по настанню умови _w max = 2 w _ном, де _w max - максимально допустима швидкість вітроколеса, w _ном - номінальна швидкість вітроколеса. Додатково в процесі гальмування обертових елементів установки монотонно зменшують величину моменту M _т1, що розвивається електромагнітним гальмом, по зменшенню кутової швидкості w обертання вітроколеса до 0,3. . . 0,5 номінальної швидкості w _ном обертання відключають електромагнітне гальмо, при цьому в якості електромагнітного гальма використовують генератор в режимі гістерезисного гальмування.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до вітроенергетики, конкретно до вітроенергетичним установкам (ВЕУ), який виробляє електроенергію з використанням синхронних генераторів, що працюють на мережу.

Дослідження роботи ВЕУ великої потужності, наприклад 250 кВт, показали, що при роботі ВЕУ при сильних вітрах понад 13.15 м / с можуть виникати аварійні ситуації при саморозгону вітроколеса.

Систему управління ВЕУ налаштовують на перевищення кутової швидкості над номінальною, наприклад на 4.5% При w = (1,04 ... 1,05) w по команді системи управління ВЕУ проводиться переклад лопатей вітроколеса у флюгерне положення.

Однак в ряді випадків, наприклад при несправності механізму повороту лопатей, відмову гідросистеми, поломки тяг, інших несправності, а й при недоліку потужності приводу, наприклад, при низьких температурах і зрослу терті, можливий невихід лопатей вітроколеса у флюгерне ​​положення.

В результаті цього вітроколесо, продовжуючи відбирати потужність від ветропотока, починає саморазгоняться. При перевищенні кутової швидкості вітроколеса на 4.5% номінальної величини порушується робота синхронного генератора з мережею, в результаті чого генератор може згоріти від перевантаження. Вітроколесо при втраті відбору від нього потужності продовжує розгін, в результаті швидкість обертання може досягати 2-х, 3-х і більше кратної номінальної. Потужність, що відбирається від ветропотока, наростає і аварійна ситуація стає неминучою.

За розглянутому "сценарієм" в 1993 році відбувся ряд аварій ВЕУ потужністю 250 кВт на Україні, що супроводжувалися руйнуванням вітроколеса. У Росії і виникали аварійні ситуації.

Дослідження роботи ВЕУ в потенційно аварійних ситуаціях показали, що завдання аварійної зупинки ВЕУ при відмові системи регулювання положення лопатей має принципове значення і не може бути вирішена простим встановленням гальмівних пристроїв. Так, при w = 2 w _ном потужність на ветроколесе може в 2 і більше разів перевищувати номінальну. Установка механічного гальма для зупинки вітроколеса, потужністю щонайменше перевищує зазначену потужність, що розвивається вітроколеса, з одного боку призводить до високо динамічною нагружению лопатей вітроколеса, а з іншого боку до необхідності утилізації тепла, що виділяється гальмом, наприклад 400.500 кВт протягом десятків секунд, що є складним інженерним завданням, так як крім агрегатів, в яких відбувається виділення тепла, порушується температурний режим гондоли в цілому, що може призводити до виходу з ладу апаратури від перегріву.

Відомий спосіб управління гальмування і зупинки вітроколеса ВЕУ, реалізований при роботі пристрою по а.с. СРСР N 1076617, кл. F 03 D 1/00 ​​від 28.05.82, в якому при відсутності вітру колесо за допомогою пневматичного гальма утримується в нерухомому положенні, а при роботі в режимі гальмування та зупинки вітроколеса гальмівний момент прикладають від гальма безпосередньо до валу вітроколеса.

Недоліком цього відомого способу є те, що гальмівний момент прикладають безпосередньо до валу вітроколеса, що вимагає розвитку великих зусиль в гальмівному пристрої, так як момент від вітроколеса максимальний саме на його валу.

Крім того, застосування пневмогальма знижує надійність зупинки ВЕУ, так як вимагає створення ще однієї енергосистеми ВЕУ пневматичної на додаток до існуючої електричної енергосистеми, а й компресора, трубопроводів, пневмоарматури. Це є недоліком (крім випадків застосування ВЕУ для вузькоспеціалізованих цілей виробництва стисненого повітря).

Як показано вище безпосереднє механічне гальмування, прикладена до валу вітроколеса, не вирішує однозначно завдання зупинки вітроколеса при його розгоні понад номінальну швидкості обертання, так як потрібна потужність гальмування може значно перевищувати номінальну величину потужності ВЕУ. Тому рішення задачі необхідно шукати в напрямку аеродинамічного обмеження потужності в поєднанні з механічним гальмуванням.

Зазначені недоліки обмежують використання цього відомого способу і не дозволяють практично використовувати його в розглянутих вище аварійних ситуаціях.

Відомий спосіб управління гальмування і зупинки вітроколеса ВЕУ, реалізований при роботі пристрою по а. с. СРСР N 1325189, кл. F 03 D 7/04, 07.01.76 р в якому потужність, що розвивається вітроколеса ВЕУ в штатних і аварійних ситуаціях регулюють за допомогою системи регулювання положення лопатей, яка отримує сигнали від датчиком вітру і системи управління ВЕУ.

Недоліком цього відомого способу є перш за все те, що його можливо реалізувати тільки при справній системі регулювання положення лопатей. Дублювання систем вашого пристрою не вказують однозначного підвищення надійності, так як можливі випадки, коли при справній системі може не вистачити потужності для виведення лопатей з кутів відбору потужності у флюгерне ​​положення. Ці випадки характерні для ВЕУ великої потужності. Вітроколесо в цьому випадку розганяється до збільшеної швидкості, що розривається їм потужність ще більш зростає, відповідно додатково зростають навантаження, що веде до потенційно аварійної ситуації.

Цей відомий спосіб управління гальмування і зупинки вітроколеса ВЕУ, по а. с. СРСР N 1325189, кл. F 03 D 7/04 від 07.01.76 р є найбільш близьким до заявляється з технічної сутності і досягається ефекту і обраний за прототип, так як основний напрямок у боротьбі з даним класом аварій це домогтися аеродинамічного обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, після досягнення якого задача зупинки вітроколеса вже може вирішуватися із застосуванням гальмівних пристроїв.

Звідси видно, що тільки аеродинамічного гальмування, або тільки механічного гальмування недостатньо для ефективного гальмування і зупинки ВЕУ при виникненні аварійної ситуації, недостатньо і їх простий комбінації.

Для усунення цієї проблеми необхідно комплексне рішення, що не досяжне простою сумою відомих результатів, а має винахідницький рівень.

Необхідна розробка нової технології аварійного гальмування ВЕУ - способу управління ВЕУ, при якій досягається збереження міцності і робочого ресурсу вітроколеса, трансмісії ВЕУ і виключається аварійна ситуація.

Метою винаходу є:

• підвищення надійності та безпеки роботи ВЕУ за рахунок попередження розвитку аварійної ситуації при відмові системи повороту лопатей вітроколеса;
• підвищення безпеки експлуатації ВЕУ;
• підвищення ресурсу ВЕУ за рахунок зниження динамічних навантажень, що діють на лопаті вітроколеса, трансмісію, генератор в режимах гальмування, в тому числі аварійного.

Поставлена ​​мета досягається за рахунок того, що при функціонуванні ВЕУ в режимі роботи генератора на мережу і виникненні несправності системи повороту лопатей вітроколеса, до обертовим елементам установки прикладають гальмівний момент, за величиною відповідний номінального моменту в трансмісії, потім виводять генератор з мережі і створюють додаткове гальмування , переводячи генератор в режим додаткового електромагнітного гальма, задаючи при електромагнітному гальмуванні момент, по величині не перевершує номінального моменту в трансмісії, а інтервал часу між додатком першого і додаткового гальмівних моментів вибирають з одного боку такою ж часу загасання коливань лопатей, викликаних першим додатком гальмівного моменту , а з іншого боку не перевищує час розгону вітроколеса до подвоєною від номінальної швидкості обертання.

У процесі гальмування додатково монотонно зменшують величину додаткового гальмівного моменту, а по досягненню ветроколесом кутової швидкості, що дорівнює 0,3.0,5 номінальної, відключають електромагнітне гальмо.

	Прикладені креслення зображують: фіг. 1 графік потужності, що виробляється ветроколесом на прикладі вітроустановки АВЕ-250 з діаметром вітроколеса 25,0 м в режимі зі змінною швидкістю обертання w (t); фіг. 2 баланс потужностей: підводиться від вітроколеса до трансмісії і потужності гальмування; фіг. 3 графік східчасто зростаючого гальмівного моменту, що прикладається до трансмісії і вітроколеса і швидкість w (t) вітроколеса. Коливання лопатей вітроколеса A (t), що виникають при застосуванні до трансмісії гальмівних моментом M т M т1; фіг. 4 схема ВЕУ, що ілюструє здійснення заявляється способу на прикладі ВЕУ однопотокового виконання з розділяється трансмісією.

На кресленнях і в тексті позначено: 1 лопаті вітроколеса; 2 - генератор; 3 вхідний, низкоскоростной вал мультиплікатора; 4 велике зубчасте колесо мультиплікатора; 5 проміжний вал мультиплікатора; 6 - вихідний, високошвидкісний вал мультиплікатора; 7 маховик; 8 - багатоступінчастий (двох і більше) мультиплікатор; 9 система управління положенням лопатей вітроколеса; 10 керований гальмо; 11 -виключаемая муфта зчеплення; 12 ведений фрикційний диск муфти; 13 ведучий фрикційний диск муфти; 14 електродвигун приводу вимикання муфти; 15 редуктор приводу вимикання муфти; 16 гальмівні колодки; 17 додатковий швидкохідний вал мультиплікатора; 18 вихідний елемент виключається муфти; 19 вхідний елемент виключається муфти; 20 порожнистий вал вітроколеса; 21 -зубчасті муфта; 22 пружина; 23 нажімной елемент; 24 електродвигун приводу вимикання муфти; 25 редуктор; 26 гвинт; 27 гайка; 28 важіль; 29 штовхач; 30 велика шестерня проміжного вала мультиплікатора; 31 мала шестерня проміжного вала мультиплікатора; 32 система управління ВЕУ; M _т величина гальмівного моменту; M _н номінальна величина моменту, що передається в трансмісії при роботі ВЕУ на номінальній потужності N _ном;

M _н = N _ном / w _ном

w _ном номінальна швидкість обертання вітроколеса; _w max максимально допустима швидкість вітроколеса; T період нижчої частоти коливань лопаті вітроколеса; Z бистроходность вітроколеса; _C p коефіцієнт потужності.

Спосіб управління вітроенергетичної установкою полягає в наступному.

При виробленні електроенергії в режимі роботи генератора на мережу здійснюють аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, висновок генератора з мережі і зупинку вітроколеса, при цьому при несправності системи повороту лопатей в режимі роботи генератора на мережу до обертовим елементам установки прикладають гальмівний момент, за величиною відповідний номінального моменту в трансмісії, потім виводять генератор з мережі і створюють додаткове гальмування, переводячи генератор в режим додаткового електромагнітного гальма, задаючи при гістерезисні гальмуванні момент за величиною, що не перевищує номінального моменту в трансмісії, а час t додатки додаткового гальмівного моменту з одного боку вибирають із співвідношення

t і (2.5) T,

де T період нижчої частоти коливань лопаті вітроколеса, а з іншого по настанню умови

_w max = 2 w _ном,

де _w max максимально допустима швидкість вітроколеса,

w _ном номінальна швидкість вітроколеса.

У процесі гальмування обертових елементів установки монотонно зменшують величину моменту M _т1, що розвивається електромагнітним гальмом, а по досягненню кутової швидкості w обертання вітроколеса до 0,3.0,5 номінальної швидкості w _ном обертання відключають електромагнітне гальмо.

Розглянемо реалізацію заявляється способу управління ВЕУ на прикладі роботи ВЕУ однопотокового виконання, конструктивно-компоновочная схема якої приведена на фіг. 4 (детально ця ВЕУ розглянута в заявці "Вітроенергетична установка" того ж заявника, спрямованої під ВНІІГПЕ, вих. N 34 / 4-95 від 12.04.95 р).

Вітроенергетична установка містить вітроколесо з поворотними лопатями 1, багатоступінчастий мультиплікатор 8, генератор 2, систему управління 9 становищем лопатей 1, вимикати муфту зчеплення 11, керований гальмо 10, маховик 7. Вітроколесо встановлено в гондолі на підлогою валу 20, пов'язаному через сполучну зубчасту муфту 21 з вхідним тихохідним валом 3 багатоступінчастого мультиплікатора 8, має силовий корпус. У виключається муфті зчеплення 11, вихідний 18 і вхідний 19 елементи, що передають крутний момент, виведені з однієї і тієї ж сторони муфти 11, вхідний елемент 18, виконаний у вигляді порожнистої ступінчастою провідної обойми, встановлений коаксіально вихідного елементу 19 муфти 11 і пов'язаний з вихідною щаблем мультиплікатора 8. Центральний вихідний елемент 18 вал муфти 11 пропущений через порожнистий швидкохідний вал 6 мультиплікатора 8 і пов'язаний з маховиком 7, послідовно з'єднаним з генератором 2. вимикати муфта зчеплення 11 своїм корпусом закріплена на силовому корпусі мультиплікатора 8.

Момент, переданий муфтою 11, регулюється за рахунок регулювання величини осьового зусилля поджатия фрикційних дисків 12 і 13 за допомогою натискного елемента 23, що складається з зовнішньої невращающейся і внутрішньої обертається частин, підібганих пружиною 22. Включення-виключення муфти 11 проводиться за допомогою приводу, що включає електродвигун 24, редуктор 25, гвинт 26, гайку 27, пов'язаний з нею одним кінцем важіль 28, який іншим кінцем шарнірно прикріплений до корпусу муфти, третя точка важеля 28 шарнірно пов'язана через штовхач 29 з натискним елементом 23 муфти 11.

Керований гальмо 10 монтований на корпусі мультиплікатора 8 з боку, протилежного генератору 2 і вітроколеса, як і вимикається муфта 11 з приводом. Гальмо 10 виконаний механічним, наприклад колодкового типу, що містить гальмівний барабан і колодки 16, або дисковим. Можливий варіант виконання гальма електромагнітним, наприклад гістерезисних (як механічного гальма, наприклад, може бути застосований стандартний колодкового гальма типу ТКП [3]).

Гальмо 10 пов'язаний з додатковим швидкохідним валом 17 мультиплікатора 8 і через велику шестерню 30 проміжного вала 5, малу шестерню 31 проміжного вала 5 з великою шестернею 4 вхідного тихохідного вала 3 мультиплікатора 8.

Практичне здійснення способу полягає в наступному

При несправності системи управління становищем лопатей вітроколеса (повороту лопатей) або неможливості виведення лопатей у флюгерне ​​стан через перевантаження вітроколеса (що еквівалентно несправності, так як система не виконує свої функції) в режимі роботи генератора на мережу, до обертовим елементам трансмісії прикладають гальмівний момент , одночасно виводять генератор з мережі (в заявляється рішенні йдеться про ВЕУ з синхронними генераторами: в разі невиведенние генератора з мережі і зменшення кутової швидкості вітроколеса, генератор починає обертати ветроколесо, працюючи як двигун).

Гальмівний момент М _т прикладають від механічного гальма 10 до обертовим елементам трансмісії, наприклад, до проміжного 5 або вихідного 6 валу мультиплікатора 8. Кращим є додаток гальмівного моменту до проміжного валу 6 (або валів), так як це дозволяє рівномірно навантажити трансмісію і в цілому підвищити сумарну величину гальмівного моменту.

Додаток гальмівного моменту М _т від механічного гальма 10 при прижатии колодок 16 до гальмівного барабану відбувається практично раптово, стрибком. Потужність гальма 10, яка визначається як добуток величини гальмівного моменту М _т на кутову швидкість вітроколеса w _н, і рівну номінальній потужності, переданої через трансмісію ВЕУ на генератор 2, при реалізації режиму гальмування задають з умови застосування величини гальмівного моменту, відповідного номінального моменту в трансмісії при роботі ВЕУ на номінальній потужності. В цьому випадку перевантаження трансмісії не відбувається, так як вона розрахована на тривалу роботу з вказаною величиною переданого моменту.

Однак тільки одного гальмівного моменту М _т, рівного за потужністю на початку гальмування потужності М _ном генератора 2 ВЕУ для безаварійного зупинки ВЕУ недостатньо. По суті механічний гальмо 10 замінює навантаження від генератора на вітроколесо. Вітроколесо при цьому продовжує розганятися, відбираючи все збільшується потужність від ветропотока і вже через 30.60 секунд роботи гальмо може перегрітися і вийти з ладу. Щоб цього не сталося в заявляється способу до вихідного валу трансмісії вихідного валу 6 мультиплікатора 8 прикладають додатковий гальмівний момент М _т1, створюючи це додаткове гальмування за рахунок переведення генератора 2 в режим електромагнітного, наприклад гістерезисного гальма. Момент М _т1 при Гістерезисні гальмуванні і задають рівним або принаймні не перевищує величини номінального моменту М _н в трансмісії при роботі ВЕУ на номінальній потужності. Таким чином, вихідний вал 6 в трансмісії навантажений гальмівним моментом М _т, що не перевершує за величиною номінальний момент при роботі ВЕУ, а частина трансмісії від проміжного валу 5 мультиплікатора до вітроколеса виявляється навантажена в межі подвійним моментом М М _т + М _т1. Як показує аналіз міцності вузлів трансмісії ВЕУ і вала вітроколеса, при розрахунку їх роботи на строк 10.15 років в режимі змінних навантажень для забезпечення довговічності коефіцієнти запасів міцності закладаються не менше 2,5.4,0. Тому короткочасне навантаження трансмісії і вала вітроколеса з перевищенням навантажень в два рази проти номінальних експлуатаційних не завдає шкоди конструкції ВЕУ і практично не скорочує її ресурс, тим більше що має місце аварійна ситуація, яка в разі її непредотвращенія призведе до великого збитку.

Важливою обставиною є динамічне навантаження лопатей вітроколеса при раптовому включенні механічного гальма. При цьому лопаті вітроколеса згинаються, розвиваються інтенсивні коливання лопатей, супроводжувані високими навантаженнями. Лопаті при цьому перебувають на кутах відбору потужності і орієнтовані таким чином, що периферійна частина лопатей лежить практично в площині обертання, а коренева сильно закручена частина знаходиться відносно площини обертання під кутом від 10 ^o для слабо закручених лопатей і до 34 ^o 35 ^o для сильно закручених лопатей, останнім теоретичну межу.

В результаті при додатку гальмівного моменту лопаті згинаються в двох площинах, в тому числі виникають і крутильні коливання, можливий флатер. Тому даний режим навантаження допустимо тільки мінімально можливий час, протягом якого тільки за рахунок зниження швидкості обертання лопаті, що досягається шляхом відбору від колеса на гальмування потужності, що перевищує потужність, відбирається вітроколеса від потоку, можливо аеродинамічний обмеження потужності.

У технічних завданнях на ВЕУ режим механічного гальмування вітроколеса вважається аварійним, його реалізація строго регламентована, наприклад, допускається не більше 20.50 випадків гальмування за весь період експлуатації вітроколеса 15.20 років.

Заявляється спосіб призначений для реалізації по суті в режимі аварії. В цьому випадку розчеплення трансмісії не виробляють, в силу чого має місце найбільший момент інерції обертових частин ВЕУ. Додаток гальмівного моменту М _т створює при цьому "щадний" режим навантаження вітроколеса, який становить 40.50% по величинам навантажень в порівнянні з дією моменту М _т на "розділену" трансмісію, см. Фіг. 3.

Наприклад, коли відбувається аварія і ВЕУ позбавляється зв'язку з мережею і виявляється забезпеченої це ймовірно в разі виходу з ладу генератора або пристроїв електросилового управління і зв'язку з мережею, печіння, а гальмівний пристрій, позбавлене харчування, перестає утримувати колодки 16 в відведеному від шківа положенні , за рахунок чого виникає гальмівний момент, прикладений до проміжного валу трансмісії і вітроколеса, після чого через певний вище часовий інтервал або по досягненню заданої величини кутової швидкості вітроколеса по команді системи управління ВЕУ, живиться від незалежного автономного енергоджерела, проводиться включення електромагнітного гальма.

При знаходженні ВЕУ в неробочому стані ветроколесо утримується в загальмованому стані, причому механічний гальмо "відпускають" тільки при перекладі ВЕУ в робочий стан перед пуском вітроколеса. Таким чином, виключається несанкціонований розгін вітроколеса і підвищується безпека робіт на ВЕУ і безпеку експлуатації.

Час додатки додаткового моменту М _т1 вибрано з таких обмежень:

• з умови загасання коливань лопатей, порушених додатком моменту М _т;
• гранично допустимою швидкістю, до якої може розганятися ветроколесо, після досягнення якої через зрослу потужність гальмування буде неможливо навіть при додатку додаткового моменту М _т1, як це показано на фіг. 1, де зображений графік "1" ілюструє зростання потужності в кілька разів при збільшеній швидкості обертання, см. І фіг. 2, де зображено баланс надходить потужності і потужності, що витрачається на гальмування.

Розгін вітроколеса до збільшеної швидкості викликає збільшений відбір потужності і відповідно подальше збільшення моментів тертя в механізмі повороту лопатей через підвищених навантажень на лопать, що при відмові системи керування положенням лопатей вітроколеса створює умови подальшого саморозгону вітроколеса.

Процес саморозгону повинен зупинятися після досягнення двох умов:

аеродинамічного самоторможения при високій швидкості обертання за рахунок зниження значень С _р до 0 при високих Z;

балансом потужності, що підводиться і потужності втрат.

Розрахункові дані за деякими характерними нештатних режимів роботи вітроколеса для варіанту трехлопастного виконання з номінальною потужністю 250 кВт і діаметром 25 м при w _н 4,98 с ^-1 представлені в таблиці нижче, [4] розглянуто варіант обертання вітроколеса на змінної швидкості обертання з кутами установки лопатей на найбільший відбір потужності, що відповідає кривій 1 на фіг. 1.

При збільшенні швидкостей ветропотока небезпека саморозгону і його наслідків підвищується. Так, при швидкості V и 15,0 м / с (20,25.30 м / с) за рахунок зниження швидкохідності числа Z = Wч R / v (при зростанні V) позитивні значення коефіцієнта потужності З _р зберігаються для все більш високих швидкостей v ~ і w. При цьому через збільшення швидкості v ~ продовжує зростати потужність, навіть при низьких значеннях С _р.

При w »(4 ... 5 w) _н через підвищену швидкості руху периферійної частини лопатей, класична картина обтікання лопаті порушується: виникають відривні течії, що створює" гальмуючий ефект "і обмежує швидкість обертання вітроколеса понад w» (4 .. .5) w _н.

При цих умовах, як видно з таблиці, наявність тільки одного механічного гальма потужністю, яка дорівнює потужності генератора N _хутро 250,0 кВт може гарантувати зупинку вітроколеса при швидкості вітроколеса не більше 13,5 15,0 м / с.

При розгоні вітроколеса потужність гальмування при включеному гальмі і зростає. Зростання потужності гальмування відбувається паралельно зі збільшенням швидкості обертання, так як гальмівний момент, який реалізується в трансмісії - постійний.

Виділення тепла при роботі механічного гальма зумовлює режим його роботи як аварійний і короткочасний.

Розглянемо режим гальмування вітроколеса.

Розрахунковий випадок.

Обертається вітроколесо навантажено механічним гальмом з N _т 250,0 кВт.

Підведення потужності від ветропотока в режимі гальмування не враховується.

Кутове прискорення при гальмуванні (M _т M _ном трансмісії)



де J момент інерції обертових мас трансмісії і вітроколеса, приведених до низкоскоростному валу.

J 6,8 Ч 10 ³ (кг Ч сек ²Ч м)

З урахуванням моменту маховика і обертових елементів трансмісії величина J збільшується в 1,5 рази і становить

J _про 10,2 Ч 10 ³ (кг Ч сек ²Ч м).

Момент М _т, що розвивається гальмом



(Далі розглянемо приведення параметрів до низкоскоростному валу: при (Механічна потужність)

w _н = 4,98 с ^-1.

Час гальмування вітроколеса:

Зазначений час t відповідає випадку гальмування при відсутності підведення потужності від вітроколеса.

Очевидно, що для розглянутого випадку при надходженні в трансмісію потужності від вітроколеса, що перевищує номінальну, додаток М _т знімає тільки частина проблеми: вітроколесо під дією надлишкової потужності D N, см. Фіг. 2, продовжує розганятися і може бути зупинено тільки додатковим додатком М _т1 за умови, що вітроколесо не набрала потужність, що перевищує потужність гальмування при додатку обох гальмівних моментів: М _т + М _т1.

Кількість енергії, виділеної в гальмі у вигляді тепла, може бути визначено як



Як показують аналіз руху при розгоні вітроколеса при наявності тільки одного гальмівного моменту М _т від w _н до w = 2 w _н під дією D N рух відбувається при змінному кутовому прискоренні J



Тому в якості критерію настання граничного стану, після якого аварія не може бути відвернена, обрані умови досягнення кутової швидкості вітроколеса

_w max = 2 w _ном

Таким чином, при неперевищення _w max = 2 w _ном можливе досягнення аеродинамічного обмеження потужності, що розвивається вітроколеса.

Це ілюстроване на фіг. 3, де зображений розгін вітроколеса, починаючи зі швидкості, що перевищує номінальну на Dw = (4 ... 5%) w додаток моменту М _т, зниження темпу розгону вітроколеса, досягнення його швидкості до _w max = 2 w _ном при часу t ₂ і досягнення уповільнення при додатку моменту М _т1. Після досягнення стійкого процесу гальмування вітроколеса і зниженні його швидкості обертання досягається стійке аеродинамічний обмеження його потужності (так як для ефективного гальмування і мінімізації тепловиділення в гондолі необхідно не тільки гальмувати, але і зменшувати потужність, що надходить від вітроколеса і витрачається на гальмування, а це досягається аеродинамічним шляхом), в результаті чого вже по досягненню w = w _ном можливе зниження величини додаткового гальмівного моменту, що розвивається електромагнітним гальмом.

Далі в процесі гальмування обертових елементів установки монотонно зменшують величину моменту, що розвивається електромагнітним гістерезисних гальмом, а по досягненню кутової швидкості обертання вітроколеса до 0,3.0,5 номінальної швидкості обертання відкривають гістерезисний гальмо.

Ознаки заявляється способу в частині:

• "Монотонного зменшення величини моменту, що розвивається електромагнітним гальмом";
• "Відключення електромагнітного гальма по досягненню кутової швидкості обертання вітроколеса до 0,3.0,5 номінальної швидкості обертання", а й в частині використання в якості електромагнітного гальма генератора в режимі гістерезисного гальмування ";
• підсилюють позитивний ефект від реалізації сукупності ознак, викладених в основному пункті формули винаходу, і винесені в додаткові пункти: пп. 2, 3 і 4 формули винаходу.

Заявляється спосіб по суті вперше вирішити практичну задачу швидкого і ефективного (і багаторазового) зупинки вітроколеса при різного роду аварійних ситуаціях, включаючи відмову механізмів системи регулювання положення лопатей вітроколеса у всьому діапазоні швидкостей ветропотока, дозволяючи при цьому реалізувати гальмівний момент найбільшої величини, об'єктивно обмежений міцності можливостями конструкції ВЕУ і наявними на автономної ВЕУ, що працює в автоматичному режимі, технічними засобами і створювати автономно працюють ВЕУ, які не потребують обслуговуючого персоналу, навіть в аварійних ситуаціях, так як аварійні алгоритми роботи ВЕУ можуть бути чітко регламентовані, в розглянутому режимі управління за допомогою заявляється способу.

На практиці це ВЕУ для об'єктів Міноборони, віддалених фермерських господарств, маяків та ін. Об'єктів, доступ до яких утруднений.

Таким чином, заявляється спосіб є прогресивним, а його використання створює позитивний ефект:

• підвищити надійність і безпеку роботи ВЕУ за рахунок попередження розвитку аварійної ситуації при відмові системи повороту лопатей вітроколеса;
• підвищити безпеку експлуатації ВЕУ;
• підвищити ресурс ВЕУ за рахунок зниження динамічних навантажень, що діють на лопаті вітроколеса, трансмісію, генератор в режимах гальмування, в тому числі аварійного.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Авторське свідоцтво СРСР N 1076617, кл. F 03 D 1/00 ​​від 28.05.82.

2. Авторське свідоцтво СРСР N 1325189, кл. F 03 D 7/04 від 07.01.76 - прототип.

3. Гальмо колодкове. Тип ТКП 300 У2 ПВ 25% 220v, ТУ 24-1-1787-78.

4. Технічна пропозиція. Розробка заходів щодо запобігання коливальних режимів при роботі агрегату "Вітроен-250". ТП.ВЕТ-250.03.94, М. Фірма "Общемаш-інжиніринг", 1994..

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб управління вітроенергетичної установкою, що включає вироблення електроенергії установкою при роботі генератора на мережу, аеродинамічний обмеження потужності, що розвивається вітроколеса, і зупинку вітроколеса, що відрізняється тим, що в режимі роботи генератора на мережу при несправності системи повороту лопатей до обертовим елементам установки прикладають гальмівний момент , за величиною відповідний номінального моменту в трансмісії, потім виводять генератор з мережі і створюють додаткове гальмування, переводячи генератор в режим додаткового гістерезисного гальма, задаючи при гістерезисні гальмуванні момент за величиною, що не перевищує номінального моменту в трансмісії, а час t додатки додаткового гальмівного моменту, з одного боку, вибирають із співвідношення t і (2 - 5) Т, де Т період нижчої частоти коливань лопаті вітроколеса, а з іншого - по настанню умови _w max = 2 w _ном, де _w max максимально допустима швидкість вітроколеса, w _ном номінальна швидкість вітроколеса.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в процесі гальмування обертових елементів установки монотонно зменшують величину моменту, що розвивається електромагнітним гальмом.

3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що при зменшенні кутової швидкості обертання вітроколеса до 0,3 0,5 w _ном обертання відключають електромагнітне гальмо.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в якості електромагнітного гальма використовують генератор в режимі гістерезисного гальмування.

Версія для друку
Дата публікації 02.04.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів